降低水準(zhǔn)觀測誤差途徑的研究

張新華++陳菁++陶鐘博++王之睿++祁佳棟++李瑩

摘 要：要減小水準(zhǔn)測量誤差，控制沉降檢測閉合差在較小的范圍，是保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性保證，準(zhǔn)確反映建筑物的高程變化的水準(zhǔn)測量技術(shù)，使水準(zhǔn)路線的高差閉合差超限，達(dá)不到相應(yīng)的精度要求；測量工作受到儀器設(shè)備精度、觀測者操作水平和環(huán)境條件等三方面因素的影響而產(chǎn)生誤差，且有些誤差在幾個(gè)測站上反映不出來，在實(shí)際工程運(yùn)用中往往測站數(shù)較多，累計(jì)誤差使高差閉合差超限。文中分析主要誤差產(chǎn)生的原因，提出消除或減小誤差的相應(yīng)技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)測量 誤差分析 預(yù)防措施

中圖分類號：P244.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0029-01

在建筑工程中，工程測量決定了一個(gè)工程施工期間乃至竣工后若干年的質(zhì)量，作為業(yè)主特別關(guān)注建筑物交付后的變形。能真實(shí)地反映建筑物的變形情況，減小水準(zhǔn)測量誤差，控制沉降檢測閉合差在較小的范圍，是保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性保證，準(zhǔn)確反映建筑物的高程變化的水準(zhǔn)測量技術(shù)，通過外業(yè)實(shí)測高差來計(jì)算觀測點(diǎn)的高程。在測量中儀器誤差、觀測誤差和外界條件均會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，使水準(zhǔn)路線的高差閉合差超限，達(dá)不到相應(yīng)的精度要求。該文就減小水準(zhǔn)測量誤差措施，提高觀測精度的方式進(jìn)行分析。

1 儀器原因的誤差

儀器誤差主要包含儀器校正后的殘余誤差和水準(zhǔn)尺誤差。測量都需要儀器操作進(jìn)行，盡管測量儀器的改進(jìn)更新速度較快，但任何儀器只能具備一定的精確度而影響測量結(jié)果。例如：水準(zhǔn)儀殘余誤差（i角），它是指水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)管軸與望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行產(chǎn)生的誤差，水準(zhǔn)測量前儀器必須經(jīng)過校核才能使用，校核結(jié)果不可能零誤差，允許范圍的殘余誤差存在很正常。在測量中保證前后視距相等（i后=i前），即觀測中通過中間法（前、后視距相等）和距離補(bǔ)償法（前后視距離總和相等），便可消除或減弱此項(xiàng)誤差的影響。另外，還可以采取精密水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)尺，精密水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡放大倍率和水準(zhǔn)管靈敏度高，讀數(shù)精度提高；減小水準(zhǔn)管分劃值，提高儀器的置平精度。甚至采用電子水準(zhǔn)儀和條碼水準(zhǔn)尺的方法，實(shí)現(xiàn)測量速度快、精度高、易于實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測量內(nèi)外業(yè)工作一體化等優(yōu)勢來提高精度。

2 儀器操作者觀測誤差

2.1 操作誤差的影響

由于儀器操作人員視覺分辨率局限，加上操作儀器時(shí)的各種人為動(dòng)作手勢對操作過程的對中、置平、瞄準(zhǔn)、讀數(shù)等都會(huì)產(chǎn)生誤差。例如：在普通的厘米分劃的水準(zhǔn)尺上，由觀察者估讀毫米數(shù)，這種偏差非常正常；觀測者的技術(shù)熟練程度也影響觀測結(jié)果。普通DS型水準(zhǔn)儀符合水準(zhǔn)管氣泡居中誤差，測量時(shí)視線的水平是以水準(zhǔn)管氣泡居中為依據(jù)，由于符合水準(zhǔn)管氣泡未能做到嚴(yán)格居中，造成望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸傾斜而讀數(shù)誤差，誤差的大小與人眼的分辨能力和水準(zhǔn)管的靈敏度有關(guān)，并且與視線長度成正比?？刂七@種誤差，觀測時(shí)應(yīng)根據(jù)水準(zhǔn)測量的精度等級對視線長度加以限制，且每次讀數(shù)前用微傾螺旋使兩半氣泡影像嚴(yán)密吻合成一光滑的圓弧，才能保證讀數(shù)及高差的正確性。

2.2 讀數(shù)誤差的影響

普通水準(zhǔn)尺估讀到毫米的誤差，與人眼的分辨能力、望遠(yuǎn)望的放大倍數(shù)及視線長度有關(guān)，隨時(shí)出現(xiàn)的視差影響讀數(shù)更大。當(dāng)眼睛在目鏡端上、下微動(dòng)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)目標(biāo)影像與十字絲有相對運(yùn)動(dòng)，即隨著眼睛觀察位置的不同，便讀出不同的讀數(shù)，說明有視差存在。在水準(zhǔn)測量中，視差的存在會(huì)給觀測結(jié)果帶來較大的誤差，故讀數(shù)前必須反復(fù)調(diào)節(jié)目鏡與物鏡對光螺旋，使標(biāo)尺的分劃影像與十字絲平面重合，以消除視差的影響，提高讀數(shù)精度。

2.3 立尺配合、尺面垂直

采用不同的憑靠手段保證水準(zhǔn)尺垂直固定。當(dāng)觀測點(diǎn)在墻上時(shí)，尺的一邊依靠墻面固定；當(dāng)設(shè)置轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，立尺時(shí)用2根1 m左右的竹竿呈三角固定支撐保持水準(zhǔn)尺穩(wěn)固垂直。同時(shí)觀測者也可通過望遠(yuǎn)鏡檢查水準(zhǔn)尺左右傾斜，及時(shí)發(fā)出糾偏信號。當(dāng)水準(zhǔn)尺前后傾斜，望遠(yuǎn)鏡中不易發(fā)現(xiàn)，可以采用讓水準(zhǔn)尺前后慢速搖動(dòng)直到讀數(shù)最小才是最佳值。

3 外界環(huán)境的影響

外界環(huán)境中的空氣溫度、日光照射、大氣折光、氣壓、風(fēng)力、煙霧等等變化都對測量工作帶來誤差影響。

3.1 儀器或尺墊下沉或上升引起的誤差

儀器在松軟土質(zhì)區(qū)域安置，儀器可能會(huì)慢慢下沉而視線下降，致使前視讀數(shù)減小；反之土壤被壓實(shí)后，土壤膨脹又會(huì)使儀器上升而使前視讀數(shù)增大。為避免此項(xiàng)誤差的影響，測站選擇在堅(jiān)實(shí)的地面，并將腳架踩實(shí)，提高觀測速度；當(dāng)用雙面尺法或二次儀高法測高差時(shí)，采用“后前前后”的觀測順序，取兩次高差的平均值作為最后結(jié)果，可減弱該項(xiàng)誤差的影響，尺墊的升降也是如此。

3.2 地球曲率引起的誤差

地面上兩點(diǎn)間的高差應(yīng)是兩點(diǎn)的高程之差，理論上水準(zhǔn)測量應(yīng)根據(jù)彎曲的水準(zhǔn)面來求兩點(diǎn)間的高差?？刂频厍蚯屎痛髿庹酃獾挠绊懘胧河捎诮咏孛娴拇髿庹酃庾兓瘡?fù)雜，靠近地面的溫度較高，空氣密度較稀，因此視線離地面愈近，折射就愈大，而且即使保持前視、后視距離相等，大氣折光的誤差也不能完全消除，所以視線最低要高出地面0.3 m以上，才能減弱折光變化的影響。在水準(zhǔn)測量中，如風(fēng)吹、日曬、溫度的變化、水分的蒸發(fā)等均會(huì)影響到水準(zhǔn)測量的精度，如溫度變化會(huì)造成水準(zhǔn)尺影像在望遠(yuǎn)鏡十字絲面內(nèi)的上、下跳動(dòng)，難以讀數(shù)。

4 結(jié)論

在水準(zhǔn)測量中的精度，直接影響到建筑工程的質(zhì)量控制。發(fā)現(xiàn)誤差并及時(shí)消除或減弱其影響是提高工程質(zhì)量的關(guān)鍵，而減弱和消除誤差的方法總是以增加觀測時(shí)間或采取更多的操作步驟為代價(jià)的。只有在測量中操作熟練，才能提高觀測速度；只有采取規(guī)范的方法，嚴(yán)格執(zhí)行正確步驟，觀測員與立尺員互相配合，才能得到正確的結(jié)果。

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